JP3023321B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP3023321B2
JP3023321B2 JP9055245A JP5524597A JP3023321B2 JP 3023321 B2 JP3023321 B2 JP 3023321B2 JP 9055245 A JP9055245 A JP 9055245A JP 5524597 A JP5524597 A JP 5524597A JP 3023321 B2 JP3023321 B2 JP 3023321B2
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memory
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cell
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野 正 通 浅
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置に関する。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気的に記憶内容を消去し、かつ書換え
ることができるROMはEEPROM(エレクトリカリ
ー・イレーサブル・プログラマブルROM)として知ら
れている。このEEPROMは、紫外線消去型のEPR
OMと比べ、ボード上に実装した状態で電気信号により
データの消去を行なうことができる。このため、EEP
ROMは、各種制御用やメモリカードとして多く用いら
れている。
2. Description of the Related Art A ROM capable of electrically erasing and rewriting stored contents is known as an EEPROM (electrically erasable programmable ROM). This EEPROM is an ultraviolet erasing type EPR.
Compared to OM, data can be erased by an electric signal while mounted on a board. For this reason, EEP
The ROM is widely used for various controls and as a memory card.

【0003】図15はこのEEPROM中の代表的なメ
モリセルの素子構造を示す断面図であり、図16はその
等価回路図である。図15において、例えばP型の基板
80上にはN型拡散領域91,92及び93が設けられ
ている。基板80上の拡散領域91,92間には、絶縁
酸化膜94を介して、第1層目の多結晶シリコン層から
形成された浮遊ゲート電極95が設けられている。この
浮遊ゲート電極95は、上記絶縁酸化膜94の薄膜部9
4Aを介して、上記N型拡散領域92と重なっている。
上記浮遊ゲート電極95上には、絶縁酸化膜96を介し
て、第2層目の多結晶シリコン層から形成されたゲート
電極97が設けられている。また、基板80上の拡散領
域92,93間には、絶縁酸化膜98を介して第1層目
の多結晶シリコン層から形成されたゲート電極99が設
けられている。
FIG. 15 is a sectional view showing the element structure of a typical memory cell in the EEPROM, and FIG. 16 is an equivalent circuit diagram thereof. In FIG. 15, for example, on a P-type substrate 80, N-type diffusion regions 91, 92 and 93 are provided. Between the diffusion regions 91 and 92 on the substrate 80, a floating gate electrode 95 formed of a first polycrystalline silicon layer is provided via an insulating oxide film 94. This floating gate electrode 95 is connected to the thin film portion 9 of the insulating oxide film 94.
4A, it overlaps with the N-type diffusion region 92.
On the floating gate electrode 95, a gate electrode 97 formed of a second-layer polycrystalline silicon layer is provided via an insulating oxide film 96. Between the diffusion regions 92 and 93 on the substrate 80, a gate electrode 99 formed of a first-layer polycrystalline silicon layer is provided via an insulating oxide film 98.

【0004】この図15のメモリセルは2つのトランジ
スタ1,2を有する。即ち、1つは、N型拡散領域91
をソース、N型拡散領域92をドレイン、浮遊ゲート電
極95を浮遊ゲート、ゲート電極97を制御ゲートとす
る不揮発性メモリ素子としての浮遊ゲートトランジスタ
2である。他の1つは、N型拡散領域92をソース、N
型拡散領域93をドレイン、ゲート電極99をゲートと
するエンハンスメント型の選択トランジスタ1である。
これらのトランジスタ1,2は直列に接続されている。
そして、図16の等価回路に示されるように、トランジ
スタ1のドレイン及びゲートはデータ線DL及びワード
線WLとして使用される。浮遊ゲートトランジスタ2の
浮遊ゲート及び制御ゲートは浮遊ゲートFG及び制御ゲ
ートCGとして、ソースはソースSとしてそれぞれ使用
される。なお、この図11のメモリセルは1ビットのデ
ータを記憶する1ビットデータ記憶ユニット(記憶体)
を構成している。
The memory cell shown in FIG. 15 has two transistors 1 and 2. That is, one is the N-type diffusion region 91.
Is a floating gate transistor 2 as a nonvolatile memory element having a source, an N-type diffusion region 92 as a drain, a floating gate electrode 95 as a floating gate, and a gate electrode 97 as a control gate. The other is to use the N-type diffusion region 92 as a source,
This is an enhancement type select transistor 1 having the drain region 93 as a drain and the gate electrode 99 as a gate.
These transistors 1 and 2 are connected in series.
Then, as shown in the equivalent circuit of FIG. 16, the drain and the gate of the transistor 1 are used as the data line DL and the word line WL. The floating gate and the control gate of the floating gate transistor 2 are used as the floating gate FG and the control gate CG, and the source is used as the source S, respectively. The memory cell of FIG. 11 is a 1-bit data storage unit (storage) for storing 1-bit data.
Is composed.

【0005】 第 1 表 動作モード VWLCGS DLFG 浮遊ゲートの状態 消 去 H H 0V 0V H ドレインから浮遊 (“1“) ゲートへ電子注入 書き込み H 0V H H L 浮遊ゲートからド (“0”) レインへ電子放出 書き込み H 0V H 0V L 電子の移動はない (“1”) 読み出し 5V 0V 0V 1V − 第1表は上記図16の等価回路で示されるメモリセルの
動作モードを示すものである。このメモリセルでは、
消去、“0”書き込み、“1”書き込み、読み出
しの4つの動作モードがある。以下、これらの動作モー
ドについて説明する。
[0005] Table 1  Operation mode VWL VCG VS VDL VFG Floating gate status  Elimination HH 0V 0VH Electron injection from drain to floating (“1”) gate  Write H 0V HHL Electron emission from floating gate to drain (“0”) drain  Write H 0V H 0V L No electron transfer (“1”)  Read 5V 0V 0V 1V-     Table 1 shows the memory cells shown in the equivalent circuit of FIG.
It shows the operation mode. In this memory cell,
Erase, “0” write, “1” write, read
There are four operation modes. Below, these operation modes
Will be described.

【0006】消去モード ワード線WL及び制御ゲートCGが選択状態となり、電
位VWL,VCGとしてそれぞれ高電位H(例えば20V)
が印加され、データ線DLには0Vが印加される。この
とき、浮遊ゲートFGの電位VFGは制御ゲートCGとの
間の容量結合により、高電位H(例えば12V程度)に
なる。また、選択トランジスタ1がオンしており、浮遊
ゲートトランジスタ2のドレイン電位が0Vになってい
るので、図11中の薄膜部94Aを介して、ファウラー
・ノルトハイム(Fowler-Noldheim )のトンネル効果に
より、浮遊ゲートトランジスタ2のドレインから浮遊ゲ
ートFGに電子が注入される。この動作をデータ消去動
作と称する。消去後のデータを“1”レベルとする。
Erase mode The word line WL and the control gate CG are in the selected state, and the potentials V WL and V CG are respectively high potential H (for example, 20 V).
Is applied, and 0 V is applied to the data line DL. At this time, the potential V FG of the floating gate FG becomes a high potential H (for example, about 12 V) due to capacitive coupling with the control gate CG. In addition, since the select transistor 1 is on and the drain potential of the floating gate transistor 2 is 0 V, the tunnel effect of Fowler-Noldheim occurs through the thin film portion 94A in FIG. Electrons are injected from the drain of the floating gate transistor 2 into the floating gate FG. This operation is called a data erase operation. The data after erasing is set to the “1” level.

【0007】,データ“0”,“1”の書き込みモ
ード 両モードとも、ワード線WLの電位VWLは高電位Hに、
制御ゲートCGの電位VCGは0Vに、ソースSの電位V
S は高電位H(例えば5V)にされる。さらに、“0”
書き込みモードのときには、データ線DLの電位VDL
高電位H(データ入力“0”)にされる。浮遊ゲートF
Gは、制御ゲートCGとの容量結合により、低電位Lと
なる。この場合にはファウラー・ノルトハイムのトンネ
ル効果により、前記薄膜部94Aを介して、浮遊ゲート
トランジスタ2の浮遊ゲートFGからドレインに電子が
放出される。この動作をデータ“0”の書き込み動作と
称している。
[0007] In both modes, the potential V WL of the word line WL is set to the high potential H,
The potential V CG of the control gate CG becomes 0 V and the potential V CG of the source S becomes
S is set to a high potential H (for example, 5 V). Furthermore, "0"
In the write mode, the potential VDL of the data line DL is set to the high potential H (data input “0”). Floating gate F
G has a low potential L due to capacitive coupling with the control gate CG. In this case, electrons are emitted from the floating gate FG of the floating gate transistor 2 to the drain through the thin film portion 94A by the Fowler-Nordheim tunnel effect. This operation is called a data “0” write operation.

【0008】他方、“1”書込みモードのときには、デ
ータ線DLの電位VDLを0V(データ入力“1”)とす
る。一方、浮遊ゲートFGは制御ゲートCGと電位差が
ほとんどなく、0Vになる。この場合には電子の移動が
ない。よって、もし以前に浮遊ゲートFGに電子が注入
されて、データ“1”となっている場合には、その状態
を保つ。この動作をデータ“1”の書き込み動作と称し
ている。
[0008] On the other hand, "1" when the write mode, the potential V DL of the data line DL and 0V (data input "1"). On the other hand, the floating gate FG has almost no potential difference from the control gate CG and becomes 0V. In this case, there is no transfer of electrons. Therefore, if electrons are previously injected into the floating gate FG and the data becomes “1”, the state is maintained. This operation is called a data “1” write operation.

【0009】データの読み出しモード ワード線WLの電位VWLを5Vにし、データ線DLの電
位VDLを約1V程度にし、制御ゲートCGの電位VCG
0Vにする。これにより、浮遊ゲートFG中への蓄積電
荷の種類(電子もしくは正孔)に応じて、浮遊ゲートト
ランジスタ2のオン、オフが決定される。例えば、浮遊
ゲートFGに電子が蓄積されている状態(記憶データが
“0”レベル)では、浮遊ゲートトランジスタ2はオフ
状態になる。このときセル電流は流れない。他方、浮遊
ゲートFGに正孔が蓄積されている状態(記憶データが
“1”レベル)では、浮遊ゲートトランジスタ2はオン
状態になり、セル電流が流れる。このようなデータ読み
出しは、セル電流の有無に応じて動作するセンスアンプ
回路で行われる。
Data read mode The potential V WL of the word line WL is set to 5 V, the potential V DL of the data line DL is set to about 1 V, and the potential V CG of the control gate CG is set to 0 V. As a result, ON / OFF of the floating gate transistor 2 is determined according to the type of charge (electrons or holes) stored in the floating gate FG. For example, in a state where electrons are accumulated in the floating gate FG (stored data is at “0” level), the floating gate transistor 2 is turned off. At this time, no cell current flows. On the other hand, when holes are accumulated in the floating gate FG (stored data is at “1” level), the floating gate transistor 2 is turned on, and a cell current flows. Such data reading is performed by a sense amplifier circuit that operates according to the presence or absence of a cell current.

【0010】上記のような浮遊ゲートトランジスタを用
いたメモリセルでは、データ消去を行なわない限り、一
度書き込まれたデータは理想的には半永久的に保持され
る。ところが、実際のメモリセルでは、データの消去も
しくは書き込みを行なった後は時間の経過に伴って浮遊
ゲート内の電荷が放出され、記憶されたデータが消失す
る。特に絶縁酸化膜等に欠陥があるセルでは電荷消失が
著しい。場合によっては、使用時に不良となることもあ
る。
In a memory cell using the above floating gate transistor, once written data is ideally held semi-permanently unless data is erased. However, in an actual memory cell, after erasing or writing data, the charge in the floating gate is released with the passage of time, and the stored data is lost. In particular, the charge loss is remarkable in a cell having a defect in an insulating oxide film or the like. In some cases, it may be defective during use.

【0011】一般に、記憶データの保持特性を評価する
手法として、高温状態にして不良発生の時間を加速する
方法がある。これを高温放置テストと称している。図1
7は、この高温放置テストを300℃で行なった際の、
浮遊ゲートトランジスタの閾値電圧(VTH)の変化を示
す特性曲線図である。初期状態における閾値電圧は破線
で示すように約1Vである。
In general, as a method of evaluating the retention characteristics of stored data, there is a method of accelerating the time of occurrence of a defect by setting a high temperature state. This is called a high-temperature storage test. FIG.
No. 7 shows that when this high temperature storage test was performed at 300 ° C.
FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing a change in a threshold voltage (V TH ) of a floating gate transistor. The threshold voltage in the initial state is about 1 V as shown by the broken line.

【0012】先ず、浮遊ゲートから電子が放出され、
“0”レベルのデータを記憶している場合について述べ
る。このときには、その浮遊ゲートトランジスタの閾値
電圧は実質的に負の値、例えば−5Vとなる。このた
め、制御ゲートの電位が0Vでも電流が流れる。
First, electrons are emitted from the floating gate,
A case where data of the “0” level is stored will be described. At this time, the threshold voltage of the floating gate transistor becomes substantially a negative value, for example, -5V. Therefore, current flows even when the potential of the control gate is 0V.

【0013】次に、浮遊ゲートに電子が注入され、
“1”レベルのデータを記憶している場合について述べ
る。その浮遊ゲートトランジスタの閾値電圧は、実質的
に高い値、例えば+10Vとなる。
Next, electrons are injected into the floating gate,
A case where data of “1” level is stored will be described. The threshold voltage of the floating gate transistor becomes a substantially high value, for example, + 10V.

【0014】データの読み出し時には制御ゲート電位は
0Vに設定される。そして、メモリセルに記憶されたデ
ータが“0”であるか、あるいは“1”であるかの判定
は、センスアンプ回路の動作点、すなわち感知電位を、
メモリセルに適当な電流が流れるように設定することに
より行われる。この感知電位は図中の一点鎖線で示され
るように約−1Vに設定される。
At the time of data reading, the control gate potential is set to 0V. Then, whether the data stored in the memory cell is “0” or “1” is determined by determining the operating point of the sense amplifier circuit, that is, the sense potential.
This is performed by setting an appropriate current to flow in the memory cell. This sensing potential is set to about -1 V as shown by a dashed line in the figure.

【0015】図17において、“1”データのセルで
は、時間経過と共に浮遊ゲート内の電子が放出される。
これにより、その閾値電圧は時間経過と共に低下して、
初期の閾値電圧である1Vに近付いていく。他方、
“0”データのセルでは、時間経過と共に浮遊ゲート内
に電子が注入される。これにより、その閾値電圧は時間
経過と共に上昇して1Vに近付いていく。その途中の時
刻tN に、センスアンプ回路の感知電位である−1Vを
通過する。
In FIG. 17, in the cell of "1" data, electrons in the floating gate are emitted with the passage of time.
Thereby, the threshold voltage decreases over time,
It approaches the initial threshold voltage of 1V. On the other hand,
In the cell of “0” data, electrons are injected into the floating gate with the passage of time. As a result, the threshold voltage increases with time and approaches 1V. In the middle of the time t N, it passes through -1V a sense potential of the sense amplifier circuit.

【0016】図18は、“0”レベルデータを記憶して
いるメモリセルの、高温放置テスト時のセル電流(I c
ell )の変化を示す。時間の経過に伴ってセル電流が減
少する。電流値センスアンプ回路における感知レベル電
流IS 以下になると、センスアンプ回路は、本来は
“0”レベルであったデータを“1”と誤判定する。こ
のように誤ってデータが検出されるおそれがあるのは、
“0”レベルデータを記憶しているメモリセルのみであ
る。そして、この誤ったデータが検出される時刻をtN
とする。この時刻tN に達するまでの時間は、正常なメ
モリセルの場合には十分に長く、実使用上問題はない。
ところが、欠陥のあるメモリセルでは時刻tN に至るま
での時間が小さい。そのため、製品の使用中に不良を起
こすこともある。特に、消去、書き込みを頻繁に繰返し
て行なうと絶縁酸化膜が著しく劣化し、不良が発生し易
くなる。
FIG. 18 shows a cell current (I c) of a memory cell storing “0” level data during a high-temperature storage test.
ell) indicates a change. The cell current decreases with time. When the current becomes lower than the sense level current I S in the current value sense amplifier circuit, the sense amplifier circuit erroneously determines that the data which was originally at “0” level is “1”. The reason that data may be detected by mistake is that
Only memory cells that store "0" level data. The time at which this erroneous data is detected is denoted by t N
And The time required to reach the time t N is sufficiently long for a normal memory cell, and there is no problem in practical use.
However, the time until the time t N is short in a defective memory cell. Therefore, a defect may occur during use of the product. In particular, when erasing and writing are frequently repeated, the insulating oxide film is significantly deteriorated, and defects are likely to occur.

【0017】図19は、前記図16の等価回路で示され
るメモリセルを使用してセルアレイを構成した、従来の
代表的なEEPROMの回路図である。各メモリセルM
C−11〜MC−mnの浮遊ゲートトランジスタ2の制
御ゲートは、制御ゲート選択トランジスタ6を介して、
列デコーダ5−1〜5−nで選択される制御ゲート選択
線CGL1〜CGLnに接続されている。また、同一の
メモリセルにおける上記制御ゲート選択トランジスタ6
のゲートと選択トランジスタ1のゲートとは共に、行デ
コーダ4で選択される行線WL1〜WLmの1つに接続
されている。各メモリセル内の選択トランジスタ1のド
レインは列線DL1〜DLnに接続されている。上記列
線DL1〜DLnは、それぞれ、列選択トランジスタ7
を介してバス線8に接続されている。トランジスタ7の
ゲートは列選択線CL1〜DLnを介して列デコーダ5
に接続されている。上記バス線8には、データ入力回路
9及びセンスアンプ回路10が接続されている。データ
入力回路9は、外部から入力される書き込み用データ信
号Dinに応じて、“0”もしくは“1”レベルのデータ
を出力する。センスアンプ回路10は、選択されたメモ
リセルMC中の記憶データのレベルを、“0”又は
“1”として検出する。その検出時に、センスアンプ回
路10は、データ読み出しに必要なバイアス電圧をデー
タ線DLに加える。つまり、センスアンプ回路10はバ
イアス回路を含む。
FIG. 19 is a circuit diagram of a typical conventional EEPROM in which a cell array is formed using the memory cells shown by the equivalent circuit of FIG. Each memory cell M
The control gates of the floating gate transistors 2 of C-11 to MC-mn are connected via the control gate selection transistor 6,
They are connected to control gate selection lines CGL1 to CGLn selected by the column decoders 5-1 to 5-n. Further, the control gate selection transistor 6 in the same memory cell
And the gate of the selection transistor 1 are connected to one of the row lines WL1 to WLm selected by the row decoder 4. The drain of the select transistor 1 in each memory cell is connected to column lines DL1 to DLn. The column lines DL1 to DLn are respectively connected to the column selection transistors 7
Are connected to the bus line 8 via the. The gate of the transistor 7 is connected to the column decoder 5 via the column selection lines CL1 to DLn.
It is connected to the. A data input circuit 9 and a sense amplifier circuit 10 are connected to the bus line 8. The data input circuit 9 outputs “0” or “1” level data according to the write data signal Din input from the outside. The sense amplifier circuit 10 detects the level of the storage data in the selected memory cell MC as “0” or “1”. At the time of the detection, the sense amplifier circuit 10 applies a bias voltage necessary for data reading to the data line DL. That is, the sense amplifier circuit 10 includes a bias circuit.

【0018】そして、上記センスアンプ回路10での検
出データは、データ出力回路12に入力される。読み出
しデータはこのデータ出力回路12から外部に出力され
る。このような構成のEEPROMでは、前記のような
欠陥等による、ランダムなビット性のセル不良が発生す
る確率は、64Kビット規模の記憶容量の装置で103
回程度の消去、書き込みを行なった場合において、およ
そ0.1%〜0.2%位と多い。このため、実用上の用
途が限られてしまうという欠点があった。
The data detected by the sense amplifier circuit 10 is input to a data output circuit 12. The read data is output from the data output circuit 12 to the outside. In the EEPROM having such a configuration, the probability of occurrence of random bit-type cell failure due to the above-described defect or the like is 10 3 in a device having a storage capacity of 64 Kbit scale.
In the case where erasing and writing are performed about once, it is as large as about 0.1% to 0.2%. For this reason, there is a drawback that practical applications are limited.

【0019】図20は上記の不良率を大幅に改善した従
来のEEPROMの一例の回路図である。前記のよう
に、メモリセルの不良は、“0”レベルのデータを記憶
しているものにつてのみランダムに発生する。このた
め、図20のEEPROMでは、同一のデータを2つの
メモリセルに記憶しておく。そして、一方のメモリセル
の“0”データが不良となっても、他方の“0”データ
が正常であれば、正常なデータが読み出されるようにし
ている。
FIG. 20 is a circuit diagram of an example of a conventional EEPROM in which the above-mentioned defective rate is greatly improved. As described above, the failure of the memory cell occurs randomly only in the memory storing the data of the “0” level. Therefore, in the EEPROM of FIG. 20, the same data is stored in two memory cells. Even if the “0” data of one memory cell becomes defective, if the other “0” data is normal, normal data is read.

【0020】すなわち、このEEPROMは次のように
構成される。2個の直列回路3A,3Bで、1つのデー
タを記憶する1ビット分のメモリセル(1ビットデータ
記憶体)MCを構成する。直列回路3A,3Bは、選択
トランジスタ1A,1Bと浮遊ゲートトランジスタ2
A,2Bとを有する。メモリセル内の選択トランジスタ
1A,1Bのドレインは列線DLiA,DLiB(i=
1〜n)にそれぞれ接続されている。上記列線DLi
A,DLiBは列選択トランジスタ7A,7Bを介して
バス線8A,8Bに接続されている。上記バス線8A,
8Bは共に同一のデータ入力回路9に接続され、かつそ
れぞれセンスアンプ回路10A,10Bに接続されてい
る。両センスアンプ回路10A,10Bの出力はアンド
論理回路11に入力される。この論理回路11の出力は
データ出力回路12に入力されている。
That is, this EEPROM is configured as follows. The two serial circuits 3A and 3B constitute a 1-bit memory cell (1-bit data storage) MC for storing one data. The series circuits 3A and 3B include the selection transistors 1A and 1B and the floating gate transistor 2
A, 2B. The drains of the select transistors 1A and 1B in the memory cell are connected to column lines DLiA and DLiB (i =
1 to n). The above column line DLi
A and DLiB are connected to bus lines 8A and 8B via column selection transistors 7A and 7B. The bus line 8A,
8B are both connected to the same data input circuit 9, and are connected to the sense amplifier circuits 10A and 10B, respectively. The outputs of both sense amplifier circuits 10A and 10B are input to AND logic circuit 11. The output of the logic circuit 11 is input to the data output circuit 12.

【0021】このような構成のEEPROMでは、1個
のメモリセルの選択時には、その中の2個の直列回路3
A,3Bが同時に選択される。このため、正常動作の可
能性が高まる。即ち、いずれか一方の直列回路が“0”
不良となったとする。これにより、センスアンプ回路1
0A,10Bのどちらか一方の出力が“1”レベルにな
る。しかしながら他方の出力が正常な“0”レベルにな
っているとする。このときには、論理回路11の出力は
“0”レベルとなる。これにより、正常な動作が行なわ
れることになる。
In the EEPROM having such a structure, when one memory cell is selected, two serial circuits 3 in the memory cell are selected.
A and 3B are simultaneously selected. Therefore, the possibility of normal operation increases. That is, one of the series circuits is “0”.
Suppose that it became defective. Thereby, the sense amplifier circuit 1
One of the outputs 0A and 10B becomes "1" level. However, it is assumed that the other output is at the normal "0" level. At this time, the output of the logic circuit 11 becomes "0" level. As a result, a normal operation is performed.

【0022】前記のようなランダムな不良の通常のメモ
リセルとしての2個の直列回路3A,3Bに同時に発生
する確立は非常に小さい。このため、このような2つの
直列回路を設ける方式では、不良発生率を図19のもの
よりも2〜3桁改善できる。これにより、高信頼性のE
EPROMを実現することができる。
The probability of occurrence at the same time in the two serial circuits 3A and 3B as ordinary memory cells having random defects as described above is very small. Therefore, in the method of providing such two series circuits, the defect occurrence rate can be improved by two to three digits as compared with that of FIG. As a result, a highly reliable E
An EPROM can be realized.

【0023】しかしながら、2個の直列回路で1ビット
のデータを記憶するため、記憶容量は通常の1/2とな
る。そのため、大容量化は困難である。また、センスア
ンプや周辺回路等も複雑となる。
However, since 1-bit data is stored in the two serial circuits, the storage capacity is 1 / of the normal storage capacity. Therefore, it is difficult to increase the capacity. Further, the sense amplifier, peripheral circuits, and the like also become complicated.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
装置においては、各メモリセルが、読み出し/書き込み
の特性の同じものとして構成されている。而して、読み
出し/書き込みする各データに要求される信頼性はすべ
て同じものではない。つまり、あるデータについてそん
なに高い信頼性は要求されないが、別のデータにはより
高い信頼性が要求される、ということも少なくない。こ
のような要求に応じるため、従来は全てのメモリセルを
高い信頼性に応じ得るものとして構成していた。しかし
ながら、これでは、高い信頼性が要求されないデータ
も、高信頼性のメモリセルに対して読み書きされること
になり、無駄である。
In the conventional device described above, each memory cell has the same read / write characteristics. Therefore, the reliability required for each data to be read / written is not all the same. In other words, it is not uncommon for certain data not to require such high reliability, but for other data to require higher reliability. In order to meet such a demand, conventionally, all memory cells have been configured as capable of meeting high reliability. However, in this case, even data that does not require high reliability is read and written to the high-reliability memory cell, and is useless.

【0025】本発明は、この場合事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、読み出し/書き込み対象として
のデータを、それに要求される信頼性に応じたメモリセ
ルに対してアクセス可能とすることにより、高信頼性に
して無駄のない半導体記憶装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the circumstances, and an object of the present invention is to make it possible to access data to be read / written to a memory cell corresponding to the reliability required for the data. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a highly reliable and lean semiconductor memory device.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の不揮発性
半導体装置は、制御ゲートと浮遊ゲートを有する不揮発
性メモリセルより構成される第1のメモリ領域と、制御
ゲートと浮遊ゲートを有する不揮発性メモリセルより構
成され、前記第1のメモリセルより誤読み出しに対する
信頼性の高い第2のメモリ領域と、前記第1および第2
のメモリ領域を構成する複数の不揮発性メモリセルのう
ち、カラムが等しいものが接続される複数のデータ線
と、前記第1および第2のメモリ領域を構成する複数の
不揮発性メモリセルのうち、ロウが等しいものが接続さ
れる複数のワード線と、前記データ線を選択する列デコ
ーダと、前記ワード線を選択する行デコーダとを具備す
るものとして構成される。
A first nonvolatile semiconductor device according to the present invention has a first memory region including a nonvolatile memory cell having a control gate and a floating gate, and a control gate and a floating gate. A second memory area composed of a non-volatile memory cell and having higher reliability for erroneous reading than the first memory cell;
And a plurality of data lines to which those having the same column are connected, and a plurality of nonvolatile memory cells forming the first and second memory regions. It is configured to include a plurality of word lines to which the same row is connected, a column decoder for selecting the data line, and a row decoder for selecting the word line.

【0027】本発明の第2の不揮発性半導体装置は、制
御ゲートと浮遊ゲートを有する複数の不揮発性メモリセ
ルと、前記複数の不揮発性メモリセルのうちカラムが等
しいものが接続される複数のデータ線と、前記複数の不
揮発性メモリセルのうちロウが等しいものが接続される
複数のワード線と、前記データ線を選択する列デコーダ
と、前記ワード線を選択する行デコーダとを具備し、前
記複数の不揮発性メモリセルは第1のメモリ領域と、前
記第1のメモリ領域より誤読み出しに対する信頼性が高
い第2のメモリ領域とに分割されるものとして構成され
る。
According to a second nonvolatile semiconductor device of the present invention, there are provided a plurality of nonvolatile memory cells having a control gate and a floating gate, and a plurality of data to which a plurality of nonvolatile memory cells having the same column are connected. A plurality of word lines to which the same row among the plurality of nonvolatile memory cells is connected, a column decoder for selecting the data line, and a row decoder for selecting the word line. The plurality of nonvolatile memory cells are configured to be divided into a first memory area and a second memory area having higher reliability against erroneous reading than the first memory area.

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【実施例】先ず、本発明の実施例が得られるまでの経過
について述べる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the progress until an embodiment of the present invention is obtained will be described.

【0030】図21(a),(b)は、各メモリセルを
より微細化可能なものとした、本発明者の考えたEEP
ROMの一部(1つのセル、1ビットデータ記憶体)を
示す。図21(a)は、実際の配列状態を示す平面図で
ある。ここにおいて、一点鎖線a,b,c,dで囲まれ
た部分が1つのメモリセルを示す。図21(b)は、同
図(a)のA−A線断面図である。図21が図15と異
なる点は、図21では浮遊ゲートトランジスタ2の絶縁
酸化膜94を約100Aの薄膜とし、さらに図21では
トンネル電流を流す図15の薄膜部94Aを省略した点
にある。図21(a),(b)において、図15と同様
の部分には図15と同一符号を付している。
FIGS. 21 (a) and 21 (b) show EEPs considered by the present inventors to make each memory cell more miniaturizable.
2 shows a part (one cell, one-bit data storage) of a ROM. FIG. 21A is a plan view showing an actual arrangement state. Here, a portion surrounded by alternate long and short dash lines a, b, c, and d indicates one memory cell. FIG. 21B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 21 differs from FIG. 15 in that the insulating oxide film 94 of the floating gate transistor 2 is a thin film having a thickness of about 100 A in FIG. 21 and the thin film portion 94A in FIG. In FIGS. 21 (a) and 21 (b), parts similar to those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals as in FIG.

【0031】このような構成にしたので、浮遊ゲートト
ランジスタ2の厚さ方向の寸法を大幅に小さくすること
ができる。しかしながら、横方向の寸法は、図21
(a)からわかるように、コンタクト部90によって決
められる。すなわち、コンタクト90の寸法l1 、コン
タクトとドレインn+ 拡散層90との余裕l2 および隣
接するドレインn+ 拡散層との分離用フィールド部の寸
法l3 でセルの大きさが決められる。これらの寸法は決
められた製造プロセスにおいては決められている。この
ため、上記各寸法を任意に小さくするのは事実上困難で
ある。よって、図21のメモリセルを2つ用いて、前記
の高信頼性不揮発性半導体メモリ(1ビットデータ記憶
体)を構成しようとすると、やはり、チップが大きくな
ってしまい、大容量化は困難と考えられる。
With such a configuration, the size of the floating gate transistor 2 in the thickness direction can be significantly reduced. However, the lateral dimensions are
As can be seen from FIG. That is, the size of the cell is determined by the dimension l 1 of the contact 90, the margin l 2 between the contact and the drain n + diffusion layer 90, and the dimension l 3 of the isolation field portion between the adjacent drain n + diffusion layer. These dimensions are defined in a defined manufacturing process. Therefore, it is practically difficult to arbitrarily reduce the above dimensions. Therefore, when the above-described highly reliable nonvolatile semiconductor memory (1-bit data storage) is configured using two memory cells in FIG. 21, the chip becomes large, and it is difficult to increase the capacity. Conceivable.

【0032】図1の装置は、図21をふまえてなされた
ものである。図1(a)が図21(a)と異なるところ
は、トランジスタ1A,2Aを有するセルおよびトラン
ジスタ1B,2Bを有するセルの2つのNAND構成の
セルに対して、1つのコンタクト90を共通に形成した
点にある。その等価回路を図1(c)に示す。このよう
にコンタクト90を1つとすると、メモリセルの横方向
の寸法は、コンタクト部90では決まらず、浮遊ゲート
95の幅w1 と浮遊ゲート95,95間の距離w2 とに
よって決まる。すなわち、浮遊ゲート95の最小加工基
準によってセルの横方向寸法が決まるので、装置全体の
寸法は大幅に小さくなる。実際のメモリセルでの大きさ
を比較すると、図21に示されるメモリセルを2つ用い
て構成した場合にくらべて、図1の鎖線a,b,c,d
で囲まれたメモリセル(1ビットデータ記憶体)の面積
は約70%に縮小される。図1(a)のA−A線断面図
は、同図(b)に示される。
The apparatus shown in FIG. 1 is based on FIG. FIG. 1A is different from FIG. 21A in that one contact 90 is commonly formed for two cells having a NAND configuration, that is, a cell having transistors 1A and 2A and a cell having transistors 1B and 2B. It is in the point which did. The equivalent circuit is shown in FIG. With such a contact 90 is one, the lateral dimensions of the memory cell is not determined in the contact section 90, determined by the width w 1 of the floating gate 95 and the distance w 2 between the floating gates 95, 95. That is, since the lateral dimension of the cell is determined by the minimum processing standard of the floating gate 95, the overall size of the device is significantly reduced. Comparing the sizes of the actual memory cells, the dashed lines a, b, c, and d in FIG. 1 are different from those in the case of using two memory cells shown in FIG.
The area of the memory cell (1-bit data storage) surrounded by is reduced to about 70%. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【0033】次に、この図1のメモリセルの動作を説明
する。
Next, the operation of the memory cell of FIG. 1 will be described.

【0034】図1(c)の等価回路において、消去およ
び書き込み動作は図16のメモリセルと同様に行なわれ
る。読み出しモードのときは、ワード線WLを5V、デ
ータ線DLを約1V、制御ゲートCGを0Vにする。も
し、メモリセルにデータ“1”が記憶されているとす
る。すなわち、2つのトランジスタ2A,2Bの浮遊ゲ
ート95,95にそれぞれ電子が注入されており、これ
らのトランジスタ2A,2Bのしきい値が10Vになっ
ているとする。すると、読み出し時に2つのトランジス
タ2A,2Bには共に電流が流れない。
In the equivalent circuit of FIG. 1C, the erase and write operations are performed in the same manner as in the memory cell of FIG. In the read mode, the word line WL is set at 5V, the data line DL is set at about 1V, and the control gate CG is set at 0V. It is assumed that data "1" is stored in a memory cell. That is, it is assumed that electrons are injected into the floating gates 95 of the two transistors 2A and 2B, respectively, and the threshold value of the transistors 2A and 2B is 10V. Then, no current flows through the two transistors 2A and 2B at the time of reading.

【0035】又、データ“0”が記憶されているとす
る。すなわち、2つのトランジスタ2A,2Bの浮遊ゲ
ート95,95に正孔が注入されていれば、浮遊ゲート
トランジスタ2A,2Bのしきい値は例えば−5Vとな
る。これにより、読み出し時に2つのトランジスタ2
A,2Bは共にオンし、データ線DLを通してトランジ
スタ1A,2A;1B,2Bに電流が流れる。
It is assumed that data "0" is stored. That is, if holes are injected into the floating gates 95 of the two transistors 2A and 2B, the threshold value of the floating gate transistors 2A and 2B is, for example, -5V. This allows the two transistors 2
Both A and 2B are turned on, and current flows through the data lines DL to the transistors 1A and 2A; 1B and 2B.

【0036】今、一方のトランジスタ2Aの酸化膜94
等に欠陥があって浮遊ゲート95内の正孔は負の電荷が
放出されてしまうとする。このとき、記憶データが
“1”であれば、浮遊ゲート95からは電子が放出さ
れ、トランジスタ2Aのしきい値は初期値である1Vと
なる。しかしながら、制御ゲートCGが0Vであるた
め、トランジスタ2Aはオフ状態を保つ。このため誤動
作は起こらない。逆に、記憶データが“0”であれば、
浮遊ゲート95からは正孔が放出され、やはりしきい値
は−5Vから1Vに変わり、トランジスタ2Aはオフと
なる。しかしながら、他方の正常なトランジスタ2Bの
しきい値はあい変わらず−5Vである。このため、この
トランジスタ2Bを介してデータ線DLに電流が流れる
ので、誤動作は起こらない。
Now, oxide film 94 of one transistor 2A
It is assumed that the holes in the floating gate 95 emit a negative charge due to a defect. At this time, if the stored data is "1", electrons are emitted from the floating gate 95, and the threshold value of the transistor 2A becomes 1V which is an initial value. However, since the control gate CG is at 0 V, the transistor 2A remains off. Therefore, no malfunction occurs. Conversely, if the stored data is "0",
Holes are emitted from the floating gate 95, the threshold value also changes from -5V to 1V, and the transistor 2A is turned off. However, the threshold value of the other normal transistor 2B is still -5V. As a result, a current flows through the data line DL via the transistor 2B, so that no malfunction occurs.

【0037】以上のように、たとえ2つのトランジスタ
のうちの一方、例えばトランジスタ2Aが不良となって
も、他のトランジスタ2Bが正常であれば、メモリセル
全体としては正常動作を行なう。
As described above, even if one of the two transistors, for example, transistor 2A becomes defective, if the other transistor 2B is normal, the entire memory cell operates normally.

【0038】図2は1ビットタイプのものについて回路
構成図を示したが、多ビットタイプに構成することもで
きる。図3は、4ビットタイプのものを示し、図2の破
線で囲んだ部分に相当する部分を示す。このように構成
することにより、4ビットデータの入出力が行われる。
FIG. 2 shows a circuit diagram of a 1-bit type, but a multi-bit type can also be used. FIG. 3 shows a 4-bit type, and shows a portion corresponding to a portion surrounded by a broken line in FIG. With this configuration, input / output of 4-bit data is performed.

【0039】図4,5には別の装置例を示す。図4
(a)は、図1(a)の破線a,b,c,dで囲まれた
部分に相当する部分(1ビットデータ記憶体)を示す。
図4,5が図1と異なる点は、選択ゲートトランジスタ
1を1つとした点にある。このような構成にすると、図
4(a)に示すように、データ線DLにつながるN型拡
散層領域93の面積を小さくすることができる。これに
より、拡散層93の寄生容量を小さくして、データ線D
Lの充放電を速くして、高速動作を達成できる。図4
(a)の場合のメモリセルサイズは、図1(a)のもの
と同じとなる。図5は、図4(a)のA−A線断面図で
ある。図4(c)は図5の等価回路であり、図2(d)
はEEPROMの回路構成図である。
FIGS. 4 and 5 show another example of the apparatus. FIG.
(A) shows a portion (1-bit data storage) corresponding to a portion surrounded by broken lines a, b, c, and d in FIG. 1 (a).
4 and 5 are different from FIG. 1 in that only one select gate transistor 1 is provided. With this configuration, as shown in FIG. 4A, the area of the N-type diffusion layer region 93 connected to the data line DL can be reduced. As a result, the parasitic capacitance of the diffusion layer 93 is reduced, and the data line D
High-speed operation can be achieved by accelerating the charging and discharging of L. FIG.
The memory cell size in the case of (a) is the same as that of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 4C is an equivalent circuit of FIG. 5, and FIG.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an EEPROM.

【0040】図6は、さらに別の装置例である。この装
置例は、微細化に好適な例を示す。図6の例が図4,5
の例と異なる点は、2つの浮遊ゲートトランジスタ2
A,2Bのソースを分離して、ソースSA ,SB とした
点にある。2つのソースSA ,SB のソース配線(A
l)は図面のレイアウト上2本となる。しかしながら、
ソースSA ,SB を同一のソース線に接続しても良い。
このような図3の構成にすると、メモリセルサイズは、
図21のものにくらべて、63%になり、大幅に小さく
できる。
FIG. 6 shows another example of the apparatus. This device example shows an example suitable for miniaturization. The example of FIG.
Is different from the two floating gate transistors 2
The point is that the sources A and 2B are separated into sources S A and S B. The source wiring of two sources S A and S B (A
l) is two in the layout of the drawing. However,
The sources S A and S B may be connected to the same source line.
With the configuration shown in FIG. 3, the memory cell size becomes
It is 63% as compared with that of FIG. 21 and can be significantly reduced.

【0041】図8(a)、(b)には、さらに別の装置
例を示す。この例は、第3層目の多結晶シリコン層を用
いることによりさらにメモリセルサイズの小形化を可能
としたものである。即ち、特に図8(b)からわかるよ
うに、第1層目の多結晶シリコンにより浮遊ゲート95
を形成し、第2層目の多結晶シリコンにより制御ゲート
97を形成する。この後、絶縁膜102を形成し、その
後ワード線となる選択ゲート103を第3層目の多結晶
シリコンで形成する。このような構成にすることによ
り、図21における浮遊ゲートトランジスタ2と選択ト
ランジスタ1の間の拡散層92をなくすことができる。
この拡散層92をなくすことができる分、セルサイズを
より小さくできる。即ち、メモリセルサイズを図21の
ものにくらべて、56%とできる。さらに、図8(b)
からわかるように、浮遊ゲート95とコントロールゲー
ト97の間にN層96Aを設けて、絶縁膜をO−N−O
(Oxide-Nitride-Oxide )の3層構造としている。この
ような3層構造にすることにより、2つのゲート95、
97間の絶縁膜を薄膜化しても、絶縁耐圧を高く設定で
きる。図8(a)の等価回路は、同図(c)に示され
る。
FIGS. 8A and 8B show still another example of the apparatus. In this example, the memory cell size can be further reduced by using the third polycrystalline silicon layer. That is, as can be seen particularly from FIG. 8B, the floating gate 95 is formed by the first layer of polycrystalline silicon.
Is formed, and a control gate 97 is formed from the second layer of polycrystalline silicon. Thereafter, an insulating film 102 is formed, and then a select gate 103 serving as a word line is formed of a third layer of polycrystalline silicon. With such a configuration, the diffusion layer 92 between the floating gate transistor 2 and the select transistor 1 in FIG. 21 can be eliminated.
Since the diffusion layer 92 can be eliminated, the cell size can be further reduced. That is, the memory cell size can be 56% as compared with that of FIG. Further, FIG.
As can be seen, an N layer 96A is provided between the floating gate 95 and the control gate 97, and the insulating film is
(Oxide-Nitride-Oxide). With such a three-layer structure, two gates 95,
Even if the insulating film between the thin films 97 is thinned, the withstand voltage can be set high. The equivalent circuit of FIG. 8A is shown in FIG.

【0042】図7は、図8の変形例を、図4(b)と同
一断面で示す。図8(b)において、浮遊ゲート95
は、制御ゲート97の形成時に、そのゲート97の成形
に続けてゲート97をマスクにしてエッチングされ、ゲ
ート97とほぼ同一寸法に形成される。この後第3層目
の選択ゲート103を形成すると、選択ゲート103と
浮遊ゲート95とが直接的に対向するため、場合によっ
ては、浮遊ゲート95と選択ゲート103との間の耐圧
が悪くなることが懸念される。図7はこれを改善したも
のである。先ず浮遊ゲート95を形成しておき、その後
制御ゲート97をこの浮遊ゲート95を十分に覆うよう
に形成する。図中、91A,92AはN型の拡散層であ
り、拡散層91、93よりは多少濃度がうすくても良
い。このような構成にすると、浮遊ゲート95は完全に
O−N−Oの絶縁膜に覆われることになる。これによ
り、浮遊ゲート95と選択ゲート103との耐圧が向上
し、信頼性も向上する。
FIG. 7 shows a modification of FIG. 8 in the same cross section as FIG. 4 (b). In FIG. 8B, the floating gate 95
Is etched using the gate 97 as a mask following the formation of the control gate 97 when the control gate 97 is formed, so that the gate 97 is formed to have substantially the same dimensions. Thereafter, when the third-layer selection gate 103 is formed, the selection gate 103 and the floating gate 95 are directly opposed to each other, and in some cases, the breakdown voltage between the floating gate 95 and the selection gate 103 may be deteriorated. Is concerned. FIG. 7 shows an improvement. First, the floating gate 95 is formed, and then the control gate 97 is formed so as to sufficiently cover the floating gate 95. In the figure, reference numerals 91A and 92A denote N-type diffusion layers, which may have a slightly lower concentration than the diffusion layers 91 and 93. With such a configuration, the floating gate 95 is completely covered with the ONO insulating film. Thereby, the breakdown voltage between the floating gate 95 and the selection gate 103 is improved, and the reliability is also improved.

【0043】以上に説明した不良モードは、浮遊ゲート
95と半導体基板80との間の絶縁酸化膜等の劣化、欠
陥が原因の電流リークにより浮遊ゲート中の電荷が消失
してしまうモードである。しかしながら、劣化がひどい
場合には、W/E(ライト/リード)をくり返すことに
より、完全に破壊してしまうこともある。この完全破壊
時には、浮遊ゲート95とドレイン92が完全にショー
トしてしまう。これにより、浮遊ゲート95の電位は制
御ゲート97の電位によらず、ドレイン92の電位と等
しくなる。このような不良が生じても、読み出し時のド
レイン92の電圧を1V以下に設定しておけば本発明の
効果には変わりがない。即ち、破壊したセルの初期しき
い値は1Vである。このため、読み出し時のドレイン電
圧を1V以下にしておけば、破壊したセルは読み出し時
常にオフした状態となる。このため、本発明のメモリセ
ルの効果が発揮できる。
The above-described failure mode is a mode in which electric charges in the floating gate are lost due to current leakage caused by deterioration and defects of the insulating oxide film and the like between the floating gate 95 and the semiconductor substrate 80. However, if the deterioration is severe, the W / E (write / read) may be repeated to cause complete destruction. At the time of this complete breakdown, the floating gate 95 and the drain 92 are completely short-circuited. Thus, the potential of the floating gate 95 becomes equal to the potential of the drain 92 irrespective of the potential of the control gate 97. Even if such a defect occurs, the effect of the present invention remains unchanged if the voltage of the drain 92 at the time of reading is set to 1 V or less. That is, the initial threshold value of the destroyed cell is 1V. Therefore, if the drain voltage at the time of reading is set to 1 V or less, the destroyed cell is always turned off at the time of reading. For this reason, the effect of the memory cell of the present invention can be exhibited.

【0044】図9は、1ビットデータ記憶体を1トラン
ジスタで構成でき、且つ微細化に適する装置例(EEP
ROM)の一部を示す。この図9のものは、図21にお
ける選択トランジスタ1を省略したものと同等で、トラ
ンジスタとしては浮遊ゲートトランジスタ2のみを有す
る。図9(b)は同図(a)のA−A線断面図、同図
(c)は同図(a)の等価回路である。
FIG. 9 shows an example of an apparatus (EEP) in which a 1-bit data storage can be constituted by one transistor and which is suitable for miniaturization.
ROM). 9 is the same as that in FIG. 21 except that the selection transistor 1 is omitted, and has only a floating gate transistor 2 as a transistor. FIG. 9B is a sectional view taken along line AA of FIG. 9A, and FIG. 9C is an equivalent circuit of FIG. 9A.

【0045】次にこれらの動作を説明する。Next, these operations will be described.

【0046】書き込み時には、ドレインDに高電圧(例
えば7V)、ソースSに0V、制御ゲートCGに高電圧
(例えば12V)を印加する。これにより、ホットエレ
クトロン効果により電子が発生する。それらの電子が浮
遊ゲートに注入される。これによりこのトランジスタの
しきい値は正の方向へシフトし、例えば8Vとなる。消
去時には、ドレインDを浮遊状態にし、制御ゲートCG
を低電位(例えば0V)、ソースSに高電圧(例えば1
2V)を印加する。このようにすると、ファウラー・ノ
ルトハイムのトンネル効果により、浮遊ゲート中の電子
がソースSに放出される。これにより、このトランジス
タのしきい値は負の方向へシフトする。この場合におい
て、消去し過ぎるとしきい値が負となってしまう。この
ため、適度なところで消去を止める必要がある。通常
は、消去後のしきい値を0〜5Vの間に設定する。好ま
しくは、1〜2V位にする。通常、このタイプのメモリ
では、ソースを共通に接続するので、複数のメモリセル
が一括消去される。
At the time of writing, a high voltage (for example, 7 V) is applied to the drain D, 0 V to the source S, and a high voltage (for example, 12 V) to the control gate CG. Thereby, electrons are generated by the hot electron effect. Those electrons are injected into the floating gate. As a result, the threshold value of this transistor shifts in the positive direction, for example, to 8V. At the time of erasing, the drain D is floated and the control gate CG
At a low potential (for example, 0 V) and a high voltage (for example, 1
2V). In this case, electrons in the floating gate are emitted to the source S by the Fowler-Nordheim tunnel effect. As a result, the threshold value of this transistor shifts in the negative direction. In this case, if the data is erased too much, the threshold value becomes negative. For this reason, it is necessary to stop erasing at an appropriate point. Normally, the threshold value after erasing is set between 0 and 5V. Preferably, it is in the order of 1-2V. Usually, in this type of memory, a plurality of memory cells are collectively erased because the sources are commonly connected.

【0047】読み出し時には、ドレインDに約1V、ソ
ースSに0V、制御ゲートCGに5Vを印加する。この
とき、セルが書き込み状態にあればこのトランジスタは
オフして電流は流れない。一方、セルが消去状態であれ
ば、オンして電流が流れる。これをセンスアンプにより
感知して記憶データを読み出す。
At the time of reading, about 1 V is applied to the drain D, 0 V to the source S, and 5 V to the control gate CG. At this time, if the cell is in the written state, this transistor is turned off and no current flows. On the other hand, if the cell is in the erased state, the cell turns on and a current flows. This is sensed by the sense amplifier to read the stored data.

【0048】このようなメモリセルは微細化に好適であ
るものの、消去時には複数のメモリセル(場合によって
はチップのすべてのメモリセル)を一括して消去し、そ
のしきい値を一定の値に制御する必要がある。しかる
に、消去時に酸化膜中をトンネル電流が流れると、酸化
膜中の欠陥等に電子がトラップされ、書き込み、消去
(W/E)をくり返すことにより、消去特性が劣化する
という不良が生じてくる。このような不良は偶発的にあ
る確率で起こることが多い。例えばW/Eを1万回程度
行った初期の段階では、1Mビットメモリの場合1〜数
ビット位が消去不良を起こす。
Although such a memory cell is suitable for miniaturization, at the time of erasing, a plurality of memory cells (in some cases, all the memory cells of a chip) are collectively erased, and the threshold value is set to a constant value. You need to control. However, when a tunnel current flows through the oxide film during erasing, electrons are trapped in defects and the like in the oxide film, and writing and erasing (W / E) are repeated, thereby causing a defect that erasing characteristics deteriorate. come. Such defects often occur accidentally with a certain probability. For example, at the initial stage when W / E is performed about 10,000 times, in the case of a 1-Mbit memory, erasure failure occurs in about one to several bits.

【0049】図10は、図9(a)〜(c)のセルを用
いて、消去不良を改善したEEPROMの全体を示す。
この装置例では、各1ビットを、破線40からわかるよ
うに、2つのメモリセル30A,30Bで構成するよう
にしている。このようにすると、偶発的に一方のメモリ
セルが消去不良を起こしても、他方のメモリセルが正常
に消去される。このため、チップ全体を一括消去する際
にも、全メモリセルが均一に消去される。この図10の
例では、共通ソースVS*は全セル共通に設けている。
しかしながら、このメモリセルアレイを複数のブロック
に分割し、各々のブロックに共通ソースを設けてブロッ
ク毎に消去を行なっても良い。
FIG. 10 shows an entire EEPROM in which erasure failure has been improved using the cells shown in FIGS. 9A to 9C.
In this example of the device, each bit is composed of two memory cells 30A and 30B, as can be seen from the broken line 40. In this way, even if one memory cell accidentally causes an erasure failure, the other memory cell is normally erased. Therefore, all the memory cells are uniformly erased even when the entire chip is erased collectively. In the example of FIG. 10, the common source VS * is provided common to all cells.
However, the memory cell array may be divided into a plurality of blocks, and a common source may be provided in each of the blocks to perform erasing for each block.

【0050】図11は、図10の具体例としての平面パ
ターン図を示し、図10の部分7bに対応する。同図1
1と同図10とにおいて同一の部材には同一の符号を付
している。また、同図11のabcdは、図9(a)の
abcdに対応する。
FIG. 11 shows a plan pattern diagram as a specific example of FIG. 10 and corresponds to the portion 7b of FIG. FIG. 1
10 and FIG. 10, the same members are denoted by the same reference numerals. Further, abcd in FIG. 11 corresponds to abcd in FIG.

【0051】図12には、図10を変形した本発明の実
施形態を示す。
FIG. 12 shows an embodiment of the present invention in which FIG. 10 is modified.

【0052】この本発明の実施形態では、メモリセルア
レイを、ワード線WL1〜WLkにつながる第1の部分
と、ワード線WL(k+1)〜WLmにつながる第2の
部分に分けている。ワード線WL1〜WLkを選択する
第1の行デコーダ32−1と、ワード線WL(k+1)
〜WLmを選択する第2の行デコーダ32−2を別々に
設けている。そして、第1の部分においては、図10,
11の例と同様に、1ビットデータ記憶体を2つのセル
で構成して高信頼性のメモリ領域としている。第2の部
分は、1ビットデータ記憶体を1つのセルで構成した通
常のメモリ領域である。このような構成は、特にW/E
の高信頼を要求される領域にのみ2セル/ビット構成を
適用したものといえる。このため、信頼性を高めつつチ
ップ面積の増加を最小限に押えることができる。
In the embodiment of the present invention, the memory cell array is divided into a first portion connected to word lines WL1 to WLk and a second portion connected to word lines WL (k + 1) to WLm. A first row decoder 32-1 for selecting word lines WL1 to WLk, and a word line WL (k + 1)
A second row decoder 32-2 for selecting .about.WLm is separately provided. And in the first part, FIG.
As in the case of the eleventh example, the 1-bit data storage is composed of two cells to form a highly reliable memory area. The second part is a normal memory area in which a one-bit data storage is constituted by one cell. Such a configuration is particularly suitable for W / E
It can be said that the 2-cell / bit configuration is applied only to the area where high reliability is required. Therefore, it is possible to minimize the increase in the chip area while improving the reliability.

【0053】この例では、共通ソースをVS*1とVS
*2とに分離したが、これらを共通としても良い。さら
に、この例では、データ線は共通とした。しかしなが
ら、メモリセルとして、例えば図1〜図8に示したメモ
リセルを用いる場合には、第1の部分と第2の部分のメ
モリセルの横方向のピッチが互いに異なる。このため、
アレイを第1及び第2の部分で完全に分離し、それぞれ
に行デコーダと列デコーダを別々に設けても良い。
In this example, the common sources are VS * 1 and VS *
* 2, but these may be shared. Further, in this example, the data line is common. However, when the memory cells shown in FIGS. 1 to 8 are used as the memory cells, for example, the horizontal pitches of the memory cells of the first portion and the second portion are different from each other. For this reason,
The array may be completely separated by first and second portions, each having a separate row and column decoder.

【0054】図13にはさらに別の装置例を示す。図1
3では、行方向に並ぶメモリセルを左右にすべて接続
し、破線40に示すように、左右にとなり合った1対の
メモリセルを1ビットデータ記憶体とする。
FIG. 13 shows still another example of the apparatus. FIG.
In 3, the memory cells arranged in the row direction are all connected to the left and right, and as shown by the broken line 40, a pair of memory cells adjacent to each other is used as a 1-bit data storage.

【0055】即ち、図13において、行方向に並ぶメモ
リセルを順次直列に接続している。即ち、あるメモリセ
ル30−1のドレインDとその左側のメモリセル30−
2のドレインDを接続し、あるメモリセル30−1のソ
ースSとその右側のメモリセル30−3のソースSとを
接続している。つまり、ある隣り合う2つのメモリセル
についてみれば、あるセルのドレインと他のセルのドレ
インとが互いに接続され、他の隣り合う2つのメモリセ
ルについてみればあるセルのソースと他のセルのソース
とが互いに接続されている。そして、各メモリセルのド
レインDにはデータ線DL1〜DLnが接続され、ソー
スSには共通ソースS*1〜S*(n+1)が接続され
ている。これらの共通ソースS*1〜S*(n+1)は
さらに共通ソースVS*に接続されている。これによ
り、同図に破線40で囲んで例示するように、左右1対
のメモリセル30−1,30−2が1ビットのメモリセ
ルを構成する。
That is, in FIG. 13, the memory cells arranged in the row direction are sequentially connected in series. That is, the drain D of a certain memory cell 30-1 and the memory cell 30-
2 is connected to the source S of a certain memory cell 30-1 and the source S of a memory cell 30-3 on the right side thereof. That is, for two adjacent memory cells, the drain of one cell and the drain of another cell are connected to each other, and for the two adjacent memory cells, the source of one cell and the source of another cell are connected. Are connected to each other. The data lines DL1 to DLn are connected to the drain D of each memory cell, and the common sources S * 1 to S * (n + 1) are connected to the source S. These common sources S * 1 to S * (n + 1) are further connected to a common source VS *. As a result, a pair of left and right memory cells 30-1 and 30-2 constitute a 1-bit memory cell, as illustrated by being surrounded by a broken line 40 in FIG.

【0056】図13の実施例の実際のレイアウトの一例
を図14(a)〜(c)に示す。特に、同図(b)から
わかるように、ワード線方向にはソースSとドレインD
の拡散層が交互に設けられている。これらの拡散層は隣
接する2つのトランジスタについて共用される。即ち、
例えば、メモリセル30−1,30−2について着目す
れば、これらの間に存するドレインD1は、上記2つの
メモリセル30−1,30−2のドレインD,Dとして
共用される。また、メモリセル30−1,30−3の間
に存するソースS1は、これらの2つのメモリセルのソ
ースS,Sとして共用される。つまり、各メモリセル間
には分離用のフィールド酸化膜は必要なく、現に存しな
い。このため、ワード線方向の微細化が達成される。
FIGS. 14A to 14C show an example of the actual layout of the embodiment shown in FIG. In particular, as can be seen from FIG.
Are provided alternately. These diffusion layers are shared for two adjacent transistors. That is,
For example, paying attention to the memory cells 30-1 and 30-2, the drain D1 existing between them is shared as the drains D and D of the two memory cells 30-1 and 30-2. The source S1 existing between the memory cells 30-1 and 30-3 is shared as the sources S and S of these two memory cells. That is, a field oxide film for isolation is not required between each memory cell, and does not exist at present. Therefore, miniaturization in the word line direction is achieved.

【0057】特に、図14(a)からわかるように、デ
ータ線DL1,DL2,…及び共通ソース(ソース配
線)S*1,S*2,…が図において上下方向にAl配
線によって形成されている。これらのデータ線及びソー
ス配線は、所定の間隔でコンタクト90,90,…によ
って拡散層(ソース、ドレイン)に接続されている。コ
ンタクトの間隔は、ドイレンあるいはソースの拡散層の
抵抗が特性に影響を及ぼさない程度にする。
In particular, as can be seen from FIG. 14A, the data lines DL1, DL2,... And the common sources (source lines) S * 1, S * 2,. I have. These data lines and source lines are connected to the diffusion layers (source, drain) at predetermined intervals by contacts 90, 90,.... The distance between the contacts is set so that the resistance of the diffusion layer of the drain or the source does not affect the characteristics.

【0058】以上に説明した各実施例は、そのほとんど
が1ビットタイプのものである。しかしながら、図1
(e)のように多ビットタイプのものとできるのは当然
である。
Most of the embodiments described above are of the 1-bit type. However, FIG.
Naturally, it can be of a multi-bit type as shown in FIG.

【0059】図1〜図6では、セルの選択トランジスタ
1,1A,1Bのゲートは第2層目の導電層(例えばポ
リシリコン)で構成された例を示したが、例えば、浮遊
ゲートを形成している第1層目の導電層(例えばポリシ
リコン)と第2層目の導電層との2層構造とし、この1
層目と2層目の導電層の間の絶縁膜をエッチングしてシ
ョートして構成しても良い。このようにすれば、浮遊ゲ
ートトランジスタ2を形成するのと同じ工程で選択トラ
ンジスタ1,1A,1Bが形成できるので、加工マージ
ンが向上する。
FIGS. 1 to 6 show an example in which the gates of the select transistors 1, 1A and 1B of the cell are formed of a second conductive layer (for example, polysilicon). For example, a floating gate is formed. And a second conductive layer (eg, polysilicon) and a second conductive layer.
The insulating film between the second conductive layer and the second conductive layer may be etched and short-circuited. By doing so, the selection transistors 1, 1A, and 1B can be formed in the same process as that for forming the floating gate transistor 2, so that the processing margin is improved.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、誤読み出しに対する信
頼性の異なる第1、第2の2つのメモリ領域を設けるよ
うにしたので、アクセス対象とするデータに要求される
誤読み出しに対する信頼性に応じた領域にアクセスでき
るので、高信頼性にして無駄のない半導体記憶装置を提
供することができる。
According to the present invention, the first and second memory areas having different reliability for erroneous reading are provided, so that the reliability for erroneous reading required for data to be accessed is improved. Since the corresponding area can be accessed, a highly reliable and lean semiconductor memory device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関連する装置例の部分平面パターン
図、そのA−A線断面図。
FIG. 1 is a partial plan pattern diagram of an example of an apparatus related to the present invention, and a sectional view taken along line AA of FIG.

【図2】その等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram thereof.

【図3】その全体回路図。FIG. 3 is an overall circuit diagram thereof.

【図4】別の装置例の部分平面パターン図、A−A線断
面図、その等価回路図。
FIG. 4 is a partial plan pattern diagram, a cross-sectional view taken along line AA, and an equivalent circuit diagram of another device example.

【図5】その全体回路図。FIG. 5 is an overall circuit diagram thereof.

【図6】別の装置例の部分平面パターン図及びその等価
回路図。
FIG. 6 is a partial plan pattern diagram of another device example and an equivalent circuit diagram thereof.

【図7】別の装置例の部分断面図。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of another example of the apparatus.

【図8】別の装置例の部分平面パターン図、そのA−A
線断面図及びその等価回路図。
FIG. 8 is a partial plane pattern diagram of another example of the apparatus, and its AA
A line sectional view and its equivalent circuit diagram.

【図9】別の装置例の部分平面パターン図、そのA−A
線断面図及びその等価回路図。
FIG. 9 is a partial plan pattern diagram of another example of the apparatus, and its AA
A line sectional view and its equivalent circuit diagram.

【図10】別の装置例の全体回路図。FIG. 10 is an overall circuit diagram of another device example.

【図11】その部分平面パターン図。FIG. 11 is a partial plan pattern diagram thereof.

【図12】本発明の実施形態の全体回路図。FIG. 12 is an overall circuit diagram of an embodiment of the present invention.

【図13】別の装置例の全体回路図。FIG. 13 is an overall circuit diagram of another device example.

【図14】図13に基づいて構成した実際の装置の一部
の平面パターン図、A−A線断面図及びB−B線断面
図。
FIG. 14 is a plan pattern diagram, a cross-sectional diagram along line AA, and a cross-sectional diagram along line BB of a part of the actual device configured based on FIG. 13;

【図15】従来例のメモリセルの断面図。FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional memory cell.

【図16】その等価回路図。FIG. 16 is an equivalent circuit diagram thereof.

【図17】その特性図。FIG. 17 is a characteristic diagram thereof.

【図18】その特性図。FIG. 18 is a characteristic diagram thereof.

【図19】従来の装置の全体回路図。FIG. 19 is an overall circuit diagram of a conventional device.

【図20】従来の装置の異なる例の全体回路図。FIG. 20 is an overall circuit diagram of another example of the conventional device.

【図21】本発明者の創作に係るメモリセルの平面パタ
ーン図及びそのA−A線断面図。
21A and 21B are a plan pattern diagram of a memory cell and a cross-sectional view taken along line AA of the memory cell according to the creation of the present inventors.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/115 G11C 16/04 G11C 16/06 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/792 (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/115 G11C 16/04 G11C 16/06 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】制御ゲートと浮遊ゲートを有する不揮発性
メモリセルより構成される第1のメモリ領域と、 制御ゲートと浮遊ゲートを有する不揮発性メモリセルよ
り構成され、前記第1のメモリセルより誤読み出しに対
する信頼性の高い第2のメモリ領域と、 前記第1および第2のメモリ領域を構成する複数の不揮
発性メモリセルのうち、カラムが等しいものが接続され
る複数のデータ線と、 前記第1および第2のメモリ領域を構成する複数の不揮
発性メモリセルのうち、ロウが等しいものが接続される
複数のワード線と、 前記データ線を選択する列デコーダと、 前記ワード線を選択する行デコーダとを具備することを
特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A first memory region comprising a nonvolatile memory cell having a control gate and a floating gate, and a nonvolatile memory cell comprising a control gate and a floating gate, wherein the first memory region is erroneous than the first memory cell. For reading
A plurality of non-volatile memory cells constituting the first and second memory areas, and a plurality of data lines to which the same column is connected, among the plurality of non-volatile memory cells constituting the first and second memory areas; And a plurality of word lines to which the same row is connected among a plurality of nonvolatile memory cells constituting the second memory region, a column decoder for selecting the data line, and a row decoder for selecting the word line And a non-volatile semiconductor memory device.
【請求項2】制御ゲートと浮遊ゲートを有する複数の不
揮発性メモリセルと、 前記複数の不揮発性メモリセルのうちカラムが等しいも
のが接続される複数のデータ線と、 前記複数の不揮発性メモリセルのうちロウが等しいもの
が接続される複数のワード線と、 前記データ線を選択する列デコーダと、 前記ワード線を選択する行デコーダとを具備し、前記複
数の不揮発性メモリセルは第1のメモリ領域と、前記第
1のメモリ領域より誤読み出しに対する信頼性が高い
2のメモリ領域とに分割されることを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
2. A plurality of nonvolatile memory cells each having a control gate and a floating gate; a plurality of data lines to which a plurality of nonvolatile memory cells having the same column are connected; and a plurality of nonvolatile memory cells. A plurality of word lines to which the same row is connected, a column decoder for selecting the data line, and a row decoder for selecting the word line. A nonvolatile semiconductor memory device, wherein the memory region is divided into a memory region and a second memory region having higher reliability against erroneous reading than the first memory region.
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